JPS5936147Y2 - コンデンサ充電装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、表示機能を具えた除細動器等に用いられるコ
ンデンサ充電装置に係る。

側光ば除細動器のストレージコンデンサは高電圧に充電
する必要がある。

そのように、電池等のような低電圧の小容量直流電圧源
でコンデンサを充電する回路として、本出願人による特
願昭５３１２１９４１号（特開昭５４−６０４１８号）
「コンデンサ充電装置」に紹介された回路がある。

その回路には、トランスの１次巻線に電流パルスを供給
するために、電池に接続されたインバータが含１れてい
る。

トランスの２次巻線は、コンデンサを充電する整流器に
接続されている。

電池が電流供給能力があるかぎり、１次巻線の電流を一
定値に安定化させるための手段が具わっている。

除細動器を動作させる場合、電池から電力が供給されて
いるオシロスコープで心起電力（ＥＣＧ）信号の波形を
表示する必要がある。

電池の電圧が十分に高い初動状態にあるかぎりは、オシ
ロスコープの動作にとっても十分な電圧が供給され得る
。

しかし放電され過ぎると、オシロスコープを動作させる
には不十分な電圧となってし１う。

これは、前記特願の回路において供給される一定な安定
化電流によって、電池の内部インピーダンスが増大し、
それにより大きな電圧降下が生じてし筐うことによる。

前記特願の回路にあっては、トランスの１次巻線電流が
小抵抗値の抵抗器に流れることによって生じる電圧降下
が一定な基準電圧と比較され、その差電圧に応じて、電
池の電流供給能力があるかぎり１次巻線電流を一定値に
維持するように、該電流経路のインピーダンスを制御し
てＬ・る。

本考案の一実施例によれば、電池電圧の低下にともない
１次巻線電流の安定値を減少させるように、基準電圧は
低下される。

これにより、電池を介して流れる安定化電流によって生
じる電圧降下が減少し、そのため電池のエネルギが以前
よりも多く消失しても、該電池はオシロスコープに適当
な動作電位を提供する。

勿論その場合ストレージコンデンサを充電するには時間
が長くかかる。

しかしながら、その場合には長くかかつても充電を行ｚ
・、オシロスコープでＥＣＧ信号波形をみなから除細動
器として使用させることができる。

以下図面を用いて本考案を詳述する。

第１図は本考案の一実施例によるコンデンサ充電装置の
回路図である。

図において、インバータＩは電力源として働く電池Ｂお
よび発振器Ｏを含んでいる。

トランスＴによる交流電圧を整流器Ｒが整流し、該整流
電圧でコンデンサＣは充電される。

コンデンサＣの両端電圧に応答して前記トランスＴの巻
線比が選択されるように、論理回路りによってスイッチ
ング回路Ｓは制御される。

捷た本回路には、電流安定回路も含まれている。

発振器Ｏは変成器６の１次巻線４に接続されており、そ
して該変成器６の２次巻線８，８′の中間タップ９は接
地されている。

前記２次巻線８゜８′の両端はそれぞれ抵抗器ｉｏ、ｉ
ｏ’ を介してエミッタ接地形のトランジスタＱ ＋
ｓ Ｑ’ｔのベースに接続されており、該両トランザス
タＱ１ｅＱＩＮのコレクタ間には結合変成器１６の１次
巻線１４ 、１４’が接続されている。

前記両巻線１４゜１４′ の中間タップＩＴは、コンデ
ンサ１８を介して接地されていると共に接点ＳＩｌおよ
び電池Ｂを介して接地されている。

変成器１６０２次巻線２０．２０’ の中間タップ２１
は接地され、そして該両巻線２０．２０’の両端間には
逆極性でダイオード２２．２２’ が直列接続されてい
る。

両ダイオード２２．２２’の共通接続点Ｊ。

には整流電圧Ｖ１が発生され、該電圧Ｖ１は電池Ｂの供
給電圧の大きさによって変化する。

変成器１６の巻線比は、例えば１次巻線１４．１４’が
２０ターン、そして２次巻線２０．２０’が６０ターン
である。

トランスＴの１次巻線は２つの巻線部から成っている。

その１つは直列接続された巻線Ｐ１．Ｐ２Ｐ３で、それ
ぞれの巻数は例えば２７，９．１８ターンである。

他の１つは、それぞれ対応する巻線と同一巻数で直列接
続された巻線Ｐ１′、Ｐ２′Ｐ３Ｉである。

このように直列接続された巻線ＰＩ ｅＰ２ ｙＰ３お
よびＰ １ ’ｅ Ｐ２ ’ｍ Ｐ ３ ’のそれぞれ
の一端は両ダイオード２２．２２’ のアノードに接続
され、そしてそれぞれの他端間には２つのダイオード２
４．２４’ が逆極性で直列接続されている。

また、巻線ｐ、ｓｐ２の共通接続点２８と巻線Ｐ １
’ｅ Ｐ ２ ’の共通接続点２８′ との間には２つ
のダイオード２６．２６’ が逆極性で直列接続されて
いる。

同様に、巻線Ｐ ２ ｓ Ｐ ３の共通接続点３２との
巻線Ｐ２ ’ｓ Ｐ ３ ’の共通接続点３２′ と
の間には２つのダイオード３０．３０’が逆極性で直列
接続されている。

トランスＴの一方の２次巻線３４は１次巻線Ｐ１ 、Ｐ
２ 、Ｐ３と電磁結合しており、そして他方の２次巻線
３４′は１次巻線ＰＩ ’＊ Ｐ２ ’＊ Ｐ３ ’と
電磁結合している。

２次巻線３４．３４’のそれぞれの巻数は例えば２００
０ターンであり、そして該両巻線３４．３４’は整流器
Ｒの入力端子３６ 、３６’ 間に直列接続されている
。

整流器Ｒは、ダイオード３８，４０，４２，４４で構成
されたブリッジ形の全波整流器である。

整流器Ｒの接地端子４６と出力端子４８はそれぞれ、充
電されるべきコンデンサＣの対向電極５０．５２に接続
されている。

トランスＴの２次巻線３４．３４’を介して整流器Ｒの
入力端子３６．３６’に供給されていぬ両型圧は、互い
に逆位相となっている。

論理およびスイッチング回路 コンデンサＣの両端に生じる直流電圧が増大して所定レ
ベルに達すると、論理回路りおよびスイッチング回路Ｓ
によって、１次巻線Ｐ１ 、Ｐ１′およびＰ２．Ｐ２′
の対を連続的に無能化する。

整流器Ｒの正出力端４８と接地帯との間に直列接続され
た大きい抵抗値の抵抗器５４と小さい抵抗値の抵抗器５
６との直列回路からなる分圧器を設げている。

前記両抵抗器５４．５６の共通接続点Ｊ４に生じる分電
圧は、コンデンサＣの両端電圧に比例しており、そして
共通接続点Ｊ４ に接続されているオープンコレクタ比
較器５８，６０の反転入力端子に供給される。

両ダイオード２２゜２２′ の共通接続点Ｊ。

と接地との間に直列接続された抵抗器６４．６６による
電圧Ｖ１ の分電圧が、抵抗器６２を介して比較器５
８の非反転入力端子に基準電圧として供給されている。

比較器６０の非反転入力端子には、電圧Ｖ、が抵抗器６
８を介して供給されている。

両比較器５８，６０の出力が低いときにそれらの非反転
入力端子が接地電位となるのを防ぐため、該それぞれの
比較器の出力端子と非反転入力端子との間にダイオード
７０．７２がそれぞれ接続されている。

比較器５８の出力端子は、オープンコレクタの非反転バ
ッファ７６、オープンコレクタの反転バッファ７８の両
入力端子にそして抵抗器７４を介して正電圧源（＋５Ｖ
）に接続されている。

バッファ７６の出力端子は、抵抗器８０を介して共通接
続点ＪＯに、抵抗器８２を介してトランジスタＱ２のベ
ースに接続され、そして該トランジスタＱ２のエミッタ
はトランジスタＱ３のベースと接地との間に直列接続さ
れた抵抗器８４．８６の共通接続点に接続され、該両ト
ランジスタＱ２．Ｑ３のコレクタは共に共通接続点Ｊ１
に接続されている。

比較器６０の出力端子は、非反転バラフッ９０反転バッ
フア９２０両入力端子にそして抵抗器８８を介して正電
圧源（＋５Ｖ）に接続されている。

両バッファ７８．９０の出力端子は、バッファ７６に関
連して述べたと同様な回路（対応する素子はｌ付の符号
で示している）に接続されている。

両トランジスタＱ２′、Ｑ３′のコレクタは共通接続点
Ｊ２に接続されている。

また反転バッファ９２の出力端子も、付の符号で示す素
子の同様な回路に接続されている。

両トランジスタＱ２”ｔＱ３”のコレクタは共通接続点
Ｊ３に接続されている。

共通接続点Ｊ１ｔＪ２およびＪ３からの電流帰還パスの
それぞれは、トランジスタＱ３＊Ｑ３ノおよびＱ１０の
１つのコレクタ・エミッタパスおよび小さい抵抗値の抵
抗器９３を介して、変成器１６の２次巻線２０．２０’
間の中間タップ２１への経録によって形成される。

トランスＴの１次巻線における電流を一定に維持する電
流安定回路は、オープンコレクタ差動増幅器９４を含み
、その出力端子はダイオード９６９Ｂおよび１００を介
してそれぞれバッファ７６゜７８．９０、および９２の
出力端子に接続されている。

増幅器９４０反転入力端子はトランジスタＱ３１Ｑ３’
およびＱ３″のエミッタが共通接続された抵抗器９３
の一端に接続され、そして該抵抗器９３の他端は接地さ
れている。

動 作 接点Ｓ５を閉じてコンデンサＣの充電が開始するとき、
両比較器５８．６０の反転入力端子の供給電圧は零であ
り、そして該比較器５８．６０の出力電圧は高い。

この比較器５８の高出力電圧はバッファ７６を介してト
ランジスタＱ２のベースに供給されて、該トランジスタ
Ｑ２およびトランジスタＱ３がオンとなり、そのために
該トランジスタＱ３のコレクタ・エミッタを介して共通
接続点Ｊ１かも中間タップ２１への電流帰還パスが形成
される。

また、バッファ９０の高出力はバッファ７８の低出力に
よって抑圧されるので両トランジスタＱ２ ’ｅ Ｑ
３’はオフであるから、該トランジスタＱ３’ を介し
ての共通接続点Ｊ２ からの電流帰還パスは形成されな
い。

同様にバッファ９２の低出力により両トランジスタＱ
２ＩＩ 、 Ｑ ３ＩＩ ハオフとなるので、該トラン
ジスタＱ３“を介しての共通接続点Ｊ３からの電流帰還
パスも形成されない。

この状態において、トランスＴのすべての１次巻線を介
して電流が流れるので、有効巻線比は４０００１５４
（＝＝７４ ）である。

もし１次巻線電流がＩ。

ならば、２次巻線電流はＩ。／７４である。

第２図は第１図の回路を説明するためのグラフを示す図
である。

以下第２図をも参照して説明する。

上記説明の如くＩ。

／７４の電流状態は、コンデンサＣを■１で充電する時
間ｔ１続く。

この時点で比較器５８の反転入力端子における電圧がそ
の非反転入力端子に供給されている基準電圧を越して、
該比較器５８の出力は高から低へど変化し、それにより
両トランジスタＱ２−Ｑ３はターンオフされる。

反転バッファ７８も高出力となるので、両トランジスタ
Ｑ ２ ’＊ Ｑ ３’はターンオンされ、それにより
共通接続点Ｊ２からの電流帰還パスが形成される。

しかし両トランジスタＱ２″Ｑ３″はオフのま１である
。

従ってトランスＴの１次巻線Ｐ２．Ｐ３およびＰ２′、
Ｐ３Ｉのみを介して電流が流れるので、巻線比は４００
０．／２７（＝：＝１４８）となり、コンデンサＣを充
電する電流はＩｏ／１４８に減る。

この状態でコンデンサＣの充電電圧を更にＶだげ増大す
るには第２図に示すとおり２倍の時間を要し、該コンデ
ンサの全体の充電電圧が２■になる時間はｔ２である。

この時点で比較器６００反転入力端子における電圧がそ
の非反転入力端子に供給される基準電圧を越し、その出
力は低となる。

この低出力によって両トランジスタＱ ２’ｅ Ｑ ３
’はターンオフせられ、そして両トランジスタＱ２″
・Ｑ１０はターンオンされる。

従って共通接続点Ｊ かもの電流帰還パスが形成される
ので、トランスＴの１次巻線Ｐ３およびＰ３′において
のみ流れ、その場合の巻線比は４０００．／１８（＝：
＝２２２）である。

コンデンサＣを充電する電流は■。

／２２２であるから、該コンデンサＣの充電電圧を更に
■だげ増大させるには３倍の時間がかがる。

そしてコンデンサＣの全体の充電電圧が３■となる時間
はｔ３である。

ところで上述装置において従来の如く一定巻緯とするな
らば、必要電圧の３ｖを得るにはその巻線比は２２２で
なげればならない。

時刻ｔ２ｙ ｊ３との間では充電電流は■。

／２２２の一定電流であるから、電圧の増加は点線９９
に沿っている。

もし１次電流Ｉが一定ならば本考案装置と比して、コン
デンサＣを電圧３■まで充電するのに１倍半の時間ｔ４
がかかる。

第２図における階段状点線は、本実施例装置における各
ステップでの充電電流である。

スイッチング電圧が得られない場合にあっても理想スイ
ッチング電圧よりも低い最終電モ値に、各許容差に応じ
てコンデンサＣの両端電圧は達る。

そこで、コンデンサＣの両端電圧の上昇に伴い、次のス
テップでより高い電圧値で論理回路りによって巻線比を
変えていくのが望ましい。

ｌｏ優の調整量で、素子の許容誤差に適合させるのに十
分であった。

充電プロセスの論理効率は、コンデンサにストアされた
エネルギ量を電池で放出したエネルギ量で割ったもので
ある。

その関係式を示すと、１０Ｏ Ｎ＋１ であり、ここでＮはステップの数に等しく、昔た巻数比
は比例関係にある。

従来装置の効率は５０φであり、本実施例の３ステツプ
による装置の効率は７５％である。

ステップ数をもつと多くすることもできるが、それによ
る利点はそう太きく６マならない。

４ステツプの場合の効率は８０多である。

ステップ数を大きくすれば回路構成が複雑となるから、
コストを考慮したうえで得られる効率を実現することが
肝要である。

第２図のグラフには、必ずや存在するインピーダンスの
影響が現われていない。

もしそのことを考慮に入れるならばコンデンサの両端電
圧が充電電圧に達するのに該両端電圧は早く増加しない
が、本実施例装置においてコンデンサを充電する相対的
な利点は同じである。

コンデンサＣを充電する電流値の衰退は、電流安定回路
によって補償される。

その動作は次のとおりである。

動作中の１次巻次における電流が衰退するにつれて、そ
れが接続されている差動増幅器９４０反転入力端子にお
ける正電圧は低下する。

その正電圧が増幅器９４の非反転入力端子に供給されて
いる正電圧以下になるとき、該増幅器の出カバ更に正方
向で大きくなる。

そのためダイオード９６，９８あるいは１００のうちア
ノードカ高電圧にあるダイオードにおける電流は減少す
る。

またそのダイオードは、トランジスタＱ２＊Ｑ２’ある
いはＱ２＃のうち導通しているトランジスタに接続され
ているダイオードである。

そのトランジスタのベース電流が増大するので、トラン
ジスタＱ３１Ｑ３’ あるいはＱ３”のうちの接続され
たトランジスタを介して流れる電流が増大する。

従って１次電流はその定状値に保たれる。

両比較器５８．６０の非反転入力端子に供給する基準電
圧を電圧■１から導く利点は、電池Ｂによって供給され
る電圧が低下しても、現在のステップによって所望の最
大電圧にコンデンサＣを充電できることである。

電流安定化回路 トランスＴの動作している１次巻線における電流が低減
するにつれて、抵抗器９３０両端電圧Ｖ９３が低下する
。

その電圧Ｖ９３が増幅器９４の非反転入力端子における
電圧より低くなると、該増幅器９４の出力電圧は正とな
る。

そのためダイオード９６．９８あるいは１００のうち導
通しているダイオードにおける電流は低減する。

その導通しているダイオードに対応したトランジスタＱ
２ｔＱ２’ あるいはＱ ２ＩＩのいずれかのトランジ
スタは導通しており、その導通トランジスタのベース電
流が増大するので、当該トランジスタに接続されたトラ
ンジスタＱ３．Ｑ３′あるいはＱ３”のコレクタ・エミ
ッタ間に流れている電流は増大する。

従って、トランスＴの１次巻線に流れている電流はその
定状値に保たれる。

接点Ｓ８を閉じると、ＥＣＧ表示器１０２にとって必要
な動作電圧が供給される。

ここで電池Ｂが初期状態であればトランスＴの動作１次
巻線の電流は十分に大きいが、該電池Ｂの電流供給能力
は経時的に低下してＥＣＧ表示器１０２の表示動作が不
能となってし１つ。

そこで、本装置においては、電池Ｂの電圧が低下するに
つれて安定化された１次電流の値を低くする手段が具わ
っている。

両巻線１４．１４’の共通接続点１７と接地との間に直
列接続された２つの抵抗器１０４および１０６で分圧器
を形成している。

この両抵抗器１０４．１０６の共通接続点にエミッタが
接続されたＰＮＰトランジスタＱ４のベースは正電圧（
＋５Ｖ）源に接続され、またそのコレクタは抵抗器１０
８を介して正電圧（＋５Ｖ）源にそして抵抗器１１０を
介して増幅器９４の非反転入力端子に接続されている。

増幅器９４の非反転入力端子と接地との間には抵抗器１
１２が接続されている。

両抵抗器１０４，１０６による分電圧は、トランジスタ
Ｑ４を導通させるべく大きさである。

トランジスタＱ４のコレクタ電圧は、増幅器９４の非反
転入力端子に供給される。

増幅器９４の出力電圧によってダイオード９６．９８あ
るいは１００のうち動作している１つのダイオードをバ
イアスし、そのダイオードに対応したトランジスタＱ３
ｔＱ３’ あるいはＱ３″のうち１つのトランジスタ
の動作抵抗が変化し、トランスＴの１次巻線電流は所定
値に維持される。

しかしながら電池Ｂか所定値以下放電してし會５と、そ
の内部インピーダンスは大きくなる。

そのため、電池Ｂが初動状態のときに満足される高い値
に１次巻線電流を維持するならば、ＥＣＧ表示器１０２
が動作不能となる値に電池Ｂの電圧が低下してし１５゜
電池Ｂの電圧が上述回路において低下するに対応してト
ランジスタＱ４のエミッタ電圧も低下する。

そのため、増幅器９４の非反転入力端子に供給されてい
る電圧が低下し、そして該増幅器９４の出力電力が低下
して、ダイオード”９６．９８あるいは１００のうちの
動作ダイオードの電流は増大する。

従って、トランジスタＱ３ ＊Ｑ３’あるいはＱ３’の
うちの導通トランジスタの動作抵抗が増して、トランス
Ｔの１次巻線電流は低い値に維持される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例によるコンデンサ充電装置の
回路図で、Ｂ：電池、Ｉ：インバータ、Ｔ： ）？ンス
、Ｌ：論理回路、Ｓニスイツチング回路である。 第２図は第１図の回路を説明するためのグラフを示す図
である。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 電池と、その入力部が前記電池に接続され、その出力部
   がトランスの１次巻線に接続されたインバータと、前記
   トランスの２次巻線に接続された整流器と、前記整流器
   の出力部に接続されたコンデンサと、前記電池の出力電
   圧と前記コンデンサの端子電圧との比較結果に応じて前
   記トランスの前記１次巻線および前記２次巻線の巻線比
   を多段切り換えする第１制御回路と、前記１次巻線に流
   れる電流に関連する電圧と前記電池の出力電圧とを比較
   し、前記１次巻線に流れる電流を抑制する第２制御回路
   とを具備して成るコンデンサ充電装置。